1) розміром та концентрацією часток в атмосфері;
2) розмірами та концентрацією хмарних та дощових крапель, діючих як коллектори;
3) запасом рідкої води у хмарі при безперервній конденсації;
4) значенням рН та хімічним складом хмарної та дощової води;
5) ступінню можливості газів та часток розчинятися у водяних краплях [4 ].
2.3 Оптичні параметри аерозолей
Аналіз даних по хімічному складу атмосферних аерозолів показує, що неможливо запропонувати універсальну модель комплексого показника заломлення аерозолей. Можливі, однак, наближення. Один 5 варіантів моделі можна отримати в припущенні ідеальної механічної перемішуваності всих хімічних сполук в кожній аерозольній частці, якщо відомі показники заломлення всих складових частки. Така модель, основана на використанні метода Крамера - Кронига, була розрахована для моделі хімічного складу аерозолей приземного шару [3]
Якщо вважати вірним припущення про ідеальну перемішуваність для води, то можна розрахувати показники заломлення моделі аерозоля при різному вмісті в аерозолі води і, отже, при різній вологості.
Основні риси моделі комплексного показника заломлення:
1) Для "сухого" аерозоля реальна частина показника заломлення в видимій області спектру дорівнює 1,65±0,02, а уявна- біля 0.005±0,003.
2) Існують потужні полоси поглинення аерозольною речовиною поблизу хвиль 3,6,7,9,2 і 11,5мкм.
3) При збільшенні вологості повітряного середовища величини реальної частини показника заломлення аерозоля зменшується, наближаючись до значення реальної частини показника для води [ 3 ].
Ще один варіант побудови моделі оптичних параметрів аерозоля полягає у використанні набора оптичних констант для різних хімічних компонент полідісперсного аерозоля. Цей варіант вельми незручний для проведення розрахунків оптичних характеристик, так як потребує тання функції розподілу часток по розмірам для кожної компоненти. Крім цього, він припускає, що ці компоненти аерозоля не перемішуються між собою. Для окремих сполук й при певних умовах таке припущення може бути близьким до істини. Подібним, дуже важливим по своїй ролі у формуванні радіаційного режиму атмосфери, а також по впливу на живі організми і предмети людської діяльності, компонентами є: сажа, сірчана кислота, сульфат аммонію, вода і лід,окісли заліза, органіка. Одна з можливостей визначення комплексного показника заломлення постає в тому, щоб вирішувати цю проблему, як зворотню задачу атмосферної оптики [ 3 ].
Розподіл аерозольних часток по розмірам більше залежить від походження цих часток, їх хімічної природи і різноманітних метеорологічних (особливо мікрофізичних) характеристик середовища, чим від концентрації часток, хоча в загальному випадку і справедливо твердження, що збільшення рахункової концентрації призводить за рахунок підсилення коагуляції до перебудови спектру розмірів. Можна припускати, що первісне аерозольні частки певної природи мають власні характерні нормально - логаріфмічні розподіли з певними модальними розмірами. Потім коагуляційні ефекти між всима частками і вилучення часток з атмосфери призводять до трансформації спектру. Оцінки дій цих факторів на частки різних розмірів були зроблені Х.Юнге, В.Мартеллом, Д.Хайді, Д.Жилеттом, І.Бліффордом та Ч.Фекстером. На малюнку .1 зображено зміну тривалої швидкості процесів вибування часток в залежності від розмірів часток по І. Бліффорд[3].
Використовуючи для початкової мікроструктури розподіл Х.Юнге, I.Бліффорд розрахував зміну спектру розмірів часток з часом під впливом цих факторів. Розподіл має тенденцію з часом звужуватись як і боку малих розмірів часток, так і з боку великих часток. Модальний розмір з часом переміщується в сторону більших часток до розмірів г = 0.1 - 0.2 мкм. Такі вимоги можуть реалізовуватися, наприклад, у сухій чистій тропосфері [ 3 ].
Мал. 2.1.Тривала швидкості процесів вибування часток, обумовленного різними механізмами, в залежності від розмірів часток [ 3 ].
Наприклад, швидкість очищення атмосфери від SO2 зростає з підвищенням інтенсивності опадів; при незмінній інтенсивності дощу швидкість вимивання зменшується із збільшенням крапель; із збільшенням рН швидкість збільшується [4].
Експериментальні дані, що засвідчують залежність оптичних властивостей аерозолів від величини відносної вологості, починаючи з рівня 20 - 30% вологості. При цьому необхідно помітити, що, наприклад, зріст коефіцієнтів аерозольного послаблення радіації з вологістю до значень 60 - 70%. При вологості 60 - 85% помітного .росту коефіцієнта послаблення не досліджується і часто зустрічається навіть зменшення. Конденсаційна теорія зросту часток не може пояснити такої залежності коефіцієнтів послаблення радіації від вологості. Послідовним і логічним треба вважати припущення про конденсаційне - коагуляційний механізм зросту часток, коли коагуляція виявляється залежною від величини відносної вологості середовища і фізико-хімічних властивостей поверхні аерозольних часток. З цього припущення випливають, наприклад, висновки про вибір показника заломлення речовини атмосферного аерозоля і про залежність функцій розподілу аерозольних часток від величини відносної вологості. Так, наприклад, стає зрозумілим ефект зменшення коефіцієнта послаблення радіації при вологостях > 60 - 70%, обумовлений зменшенням показника заломлення речовини і можливим покриттям часток тонкою
водною плівкою [ 3 ].
Найбільш мінлива структура дрібнодісперсної фракції аерозолей, що може визвати значні варіації спектрального ходу коефіцієнтів аерозольного послаблення і поглинання. Мінлива компонента дрібнодісперсної фракції аерозолей може складатись з сажи, гематіту і органіки. Усі ці складові обумовлюють поглинення короткохвильової радіації. Доля короткохвильової радіації, що поглинається частками, може бути дуже значною: для сажи - 50 – 60%, гематіту - 25 - 30%, органіки - 15 - 40%) від ослаблення радіації цими частками [ 3 ].
3 ВПЛИВ АЕРОЗОЛЯ НА КЛІМАТ
Таким чином з всього вищесказанного робимо висновок, що ж таке
аерозолі.
Аерозолем називається дісперсна система, яка складається з газоподібного дісперсійного середовища й твердої або рідкої дісперсної фази, інакше кажучи, це завислі в газі тверді або рідкі частки. Прикладів природніх та антропогенних аерозолей дуже багато. Це й хмари в небі, тумани, пил над шляхом, хмари вулканічних вивержень, смог над містами, дим від пожеж та заводських труб, грибовидна хмара ядерного вибуху і навіть саме чисте повітря, яким ми дихаємо вдома[5].
Присутність аерозольних часток визначає багато властивостей газових середовищ, в тому числі найважливіші для існування людини властивості атмосферного повітря, як средовища проживання. Навіть маленька концентрація часток може радикально змінити властивості газу. Наприклад, саме існування ядер конденсації, яких у повітрі не більше ніж атомів самого рідкісного з інертних газів — ксенона, визначає можливість утворення хмар, що дуже важливо для життя на Землі. Прозорість атмосфери, що обмежує доступ сонячної радіації до земної поверхні і тим самим визначає клімат планети, залежить від вмісту аерозолей в повітрі [ 5].
Кліматом називається сукупність закономірностей, що визначають розподіл погодних умов на земній кулі, і закономірностей сезонного чергування цих умов.Він визначається циркуляцією атмосфери, океанічними течіями, взаємодією між потоками тепла, що переносяться масами води та повітря. Тепло потрапляє із сонячним випромінюванням і виділяється із нагрітих надр Землі. Але часть випромінювання Сонця відбивається хмарами та земною поверхнею назад у світовий простір. Сама по собі Земля випромінює тепла в 7 разів менше, ніж отримує від Сонця. Відношення між притоком тепла і його випромінюванням в світовий простір називається радіаційним балансом планети. Саме ця величина визначає клімат на Землі. Величина радіаційного балансу визначається двома параметрами:
альбедо і прозорістю атмосфери. Прозорість в свою чергу залежить від вмісту в атмосфері аерозолів, що поглинають сонячні промені[5].
Великих часток в атмосфері немає, а є лише частки, що добре розсіюють ультрафіолетове та видиме випромінювання, але не інфрачервоне, Нижні шари атмосфери добре пропускають навіть червоне випромінювання. Як результат, атмосферний аерозоль може послабити приток сонячного тепла, але не заважає випромінюванню земного тепла у світовий простір. Роль взаємодії часток атмосферних аерозолей із сонячним випромінюванням змінюється в залежності від того, поглинаючі ці частки чи розсіюючі і де вони знаходяться - в тропосфері чи в стратосфері. Непоглинаючі частки розсіюють випромінювання в передню полусферу в сотні разів більше, ніж в задню, тому вони мало послабляють потік сонячного випромінювання до поверхні, мало впливають на радіаційний баланс. Лише товсті шари аерозолей, такі, як потужні хмари водяних крапель, відбивають значну частину сонячної енергії назад, внося вклад в збільшення альбедо Землі[5].
Поглинаючі частки, в першу чергу сажеві, нагріваються випромінюванням і немешкаючи передають тепло навколишньому повітрю. Якщо вони завислі в стратосфері, то цей процес зашкоджує надходженню тепла в приземний шар. А нагрів стратосфери призводить до випромінювання тепла в світовий простір. В нижніх шарах атмосфери присутність поглинаючих часток може сприяти їх прогріву. Але в цілому збільшення вмісту аерозолей в атмосфері змінює радіаційний баланс у від'ємний бік, в бік похолодання клімату [ 5].
Антропогенні викиди сірки, які збільшувались у північній півкулі протягом останнього століття як результат горіння палива, утворюють аерозолі, які впливають на оптичні властивості хмар, що викликає охолодження Землі. Про величину цього впливу важко робити висновки, але можна припускати, що в нашому столітті він порівняний з парниковим ефектом. Іншими словами, якби не сіркові викиди, то підвищення температури від 0,3 до 0,6 градусів Цельсія, яке ми спостерігаємо, можливо було б вдвічі більшим [ 1 ].